一种衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的制作方法

1.本实用新型属于土木工程混凝土结构耐久性试验领域，具体涉及一种衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置。


背景技术：

2.管片衬砌作为盾构隧道承载的主体结构，其力学性能及耐久性决定了盾构隧道的整体质量和安全。而当盾构隧道管片长期处于水、土荷载作用下，管片将不可避免地产生裂缝。在侵蚀环境中，这些裂缝将成为各种离子的快速侵入通道，并最终引起混凝土保护层开裂、起皮、剥落和裂缝的持续开展，进而破坏内部钢筋钝化膜，使钢筋产生锈胀、脱皮和腐烂。随着国民经济的不断发展，长大交通隧道不断涌现，隧道埋深相应不断增加，隧道外壁水压也不断增大，有的隧道水头甚至超过140m，处于高水压渗透状态的管片，不仅存在侵蚀离子浓度扩散区，还存在侵蚀离子的对流扩散耦合区，这将大大加速钢筋混凝土管片结构的锈蚀劣化情况，不仅使隧道在长期运营中的维修成本大幅度提高，而且使隧道结构的使用寿命也大大减少。
3.室内加速腐蚀试验方法因可模拟实际工程腐蚀劣化环境，并结合相似理论、电化学方法，可实现短期内结构腐蚀劣化全过程性能的模拟试验，从而为隧道的设计、维护提供试验依据。在有关“高水压腐蚀”的试验研究中，专利号为cn 109100296的实用新型专利公开了一种加压式隧道衬砌结构加速腐蚀试验装置，该装置通过对蓄水槽顶部密封板的加压实现蓄水槽内部水压导入，但在试验过程中，原装置顶部的密闭性较难保证，水槽底部密闭性无法保证。同时，腐蚀水槽与构件混凝土之间需设置橡胶密封垫以协调变形，但密封垫与腐蚀水槽和混凝土构件的连接位置的密闭程度难以保证。任何薄弱处都会使装置在高水压下产生渗漏，造成试验失败，若采用平顶构件，装置的密闭性将更加难以保证。因此，解决试验装置在高水压条件下的密封性问题，是成功进行高水压试验的关键和前提。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置，解决了试验装置在高水压条件下的密封性问题，从而保证衬砌结构高水压加速腐蚀试验的有效进行。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型公开了一种衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置，包括压力泵以及腐蚀水槽，所述腐蚀水槽位于构件顶部，所述腐蚀水槽的底部与构件顶部之间设有第一密封垫，所述腐蚀水槽的顶部上固定有水槽密封盖，所述腐蚀水槽的顶部与水槽密封盖之间设有第二密封垫，所述水槽密封盖、腐蚀水槽以及构件通过螺栓连接，所述压力泵的出口通过管道与腐蚀水槽的内腔连通，压力泵的入口通过管道与储液箱的内腔连通。
6.进一步地，所述腐蚀水槽的内腔内设有压力传感器，所述压力传感器与控制器的输入端电连接，控制器的输出端与压力泵电连接。
7.进一步地，所述水槽密封盖或腐蚀水槽槽壁上设有加压孔，该加压孔与腐蚀水槽内腔连通，并通过管道与压力泵的出口连通。
8.进一步地，所述构件的顶部设有凹槽，所述第一密封垫固定在构件顶部的凹槽内，构件顶部的凹槽深度大于第一密封垫的厚度，腐蚀水槽底部位于第一密封垫上，并嵌入构件顶部的凹槽内；所述第一密封垫为橡胶垫圈。
9.进一步地，腐蚀水槽底部与第一密封垫之间采用玻璃胶进行粘接；腐蚀水槽底部与第一密封垫之间的缝隙处设置水溶性聚氨酯膨胀材料，水溶性聚氨酯膨胀材料遇水膨胀后填充所述缝隙处。
10.进一步地，所述腐蚀水槽的顶部设有凹槽，第二密封垫固定在腐蚀水槽顶部的凹槽内，腐蚀水槽顶部的凹槽深度小于第二密封垫的厚度，水槽密封盖覆盖在第二密封垫上；所述第二密封垫为橡胶垫圈。
11.进一步地，所述水槽密封盖与腐蚀水槽或构件之间通过第一螺栓固定连接，使第二密封垫压紧在腐蚀水槽的顶部与水槽密封盖之间；所述腐蚀水槽与构件之间或水槽密封盖、腐蚀水槽、构件三者通过第二螺栓固定连接，使第一密封垫压紧在腐蚀水槽的底部与构件顶部之间。
12.进一步地，所述水槽密封盖上设有螺栓孔，所述腐蚀水槽上设有螺栓孔，第一螺栓分别穿过水槽密封盖与腐蚀水槽的螺栓孔后与螺母连接；所述构件上设有螺栓孔，第二螺栓分别穿过水槽密封盖的螺栓孔、腐蚀水槽的螺栓孔、构件的螺栓孔后与螺母连接。
13.进一步地，所述腐蚀水槽顶部和底部分别设有对应的螺栓孔，第一螺栓分别穿过水槽密封盖与腐蚀水槽顶部的螺栓孔后与螺母连接；第二螺栓分别穿过水槽密封盖的螺栓孔、腐蚀水槽顶部的螺栓孔、腐蚀水槽底部的螺栓孔、构件的螺栓孔后与螺母连接；所述构件的反力横梁上设置螺栓孔供第二螺栓穿过。
14.进一步地，储液箱内设有腐蚀溶液，所述储液箱内设有搅拌器；储液箱设计为恒温箱，保证储液箱内的腐蚀溶液温度始终恒定。
15.进一步地，腐蚀水槽上、下开口，腐蚀水槽内壁喷设有防锈层；所述水槽密封盖部分或全部呈透明状。
16.本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型通过压力传感器与控制器控制压力泵与储液箱，以控制腐蚀水槽水压；并且本实用新型还通过在腐蚀水槽顶部设凹槽、构件顶部设置凹槽与加压密封系统、水溶性聚氨酯膨胀材料等措施，以保证试验装置整体的密闭性，从而保证衬砌结构高水压加速腐蚀试验的有效进行。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本实用新型一种实施例提供的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的正视图；
19.图2为本实用新型一种实施例提供的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的的右视
图；
20.图3为本实用新型一种实施例提供的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的的构件顶示意图；
21.图4为本实用新型一种实施例提供的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的腐蚀水槽顶示意图；
22.图5为本实用新型一种实施例提供的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置的水槽密封盖示意图。
23.附图中，1为控制器，2为压力泵，3为储液箱，4为构件，5为腐蚀水槽，6为压力传感器，7为第二螺栓，8为反力横梁，9为第一密封垫，10为第二密封垫，11为第一螺栓，12为水槽密封盖，13为搅拌器，14为螺栓孔，15为加压孔。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
27.参见图1至图5，本实用新型实施例提供一种衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置，用于在衬砌结构模型管片高水压加速腐蚀试验中，保证整个装置的密封性以及控制腐蚀水槽5水压。该装置包括压力泵2以及腐蚀水槽5，所述腐蚀水槽5位于构件4顶部，所述腐蚀水槽5的底部与构件4顶部之间设有第一密封垫9，所述腐蚀水槽5的顶部上固定有水槽密封盖12，所述腐蚀水槽5的顶部与水槽密封盖12之间设有第二密封垫10，所述水槽密封盖12、腐蚀水槽5以及构件4通过螺栓连接，形成加压密封系统，使第一密封垫9压紧在腐蚀水槽5的底部与构件4顶部之间，使第二密封垫10压紧在腐蚀水槽5的顶部与水槽密封盖12之间，所述压力泵2的出口通过管道与腐蚀水槽5的内腔连通，压力泵2的入口通过管道与储液箱3的内腔连通，所述腐蚀水槽5的内腔内设有压力传感器6，所述压力传感器6与控制器1的输入端电连接，控制器1的输出端与压力泵2电连接。本实施例的控制器采用现有技术中的控制器即可。
28.进一步地，所述水槽密封盖12或腐蚀水槽5槽壁上设有加压孔15，该加压孔15与腐蚀水槽5内腔连通，并通过管道与压力泵2的出口连通。加压孔15的位置根据实际需要设置。本实施例是在水槽密封盖12中部设置加压孔15，通过管道与所述压力泵2出口连接，所述压
力泵2入口通过管道与储液箱3连接。
29.进一步地，所述构件4的顶部设有凹槽，所述第一密封垫9固定在构件4顶部的凹槽内，构件4顶部的凹槽深度大于第一密封垫9的厚度，腐蚀水槽5底部位于第一密封垫9上，并嵌入构件4顶部的凹槽内；所述第一密封垫9为橡胶垫圈。
30.进一步地，所述腐蚀水槽5的顶部设有凹槽，第二密封垫10固定在腐蚀水槽5顶部的凹槽内，腐蚀水槽5顶部的凹槽深度小于第二密封垫10的厚度，水槽密封盖12覆盖在第二密封垫10上；所述第二密封垫10为橡胶垫圈。
31.进一步地，所述水槽密封盖12与腐蚀水槽5或构件4之间通过第一螺栓11或第一螺杆固定连接，使第二密封垫10压紧在腐蚀水槽5的顶部与水槽密封盖12之间；所述腐蚀水槽5与构件4之间或水槽密封盖12、腐蚀水槽5、构件4三者通过第二螺栓7或第二螺杆固定连接，使第一密封垫9压紧在腐蚀水槽5的底部与构件4顶部之间。
32.进一步地，所述水槽密封盖12上设有螺栓孔，所述腐蚀水槽5上设有螺栓孔，第一螺栓11分别穿过水槽密封盖12与腐蚀水槽5的螺栓孔后与螺母连接；所述构件4上设有螺栓孔，第二螺栓7分别穿过水槽密封盖12的螺栓孔、腐蚀水槽5的螺栓孔、构件4的螺栓孔后与螺母连接。
33.进一步地，所述腐蚀水槽5顶部和底部分别设有对应的螺栓孔14，第一螺栓11分别穿过水槽密封盖12与腐蚀水槽5顶部的螺栓孔后与螺母连接；第二螺栓7分别穿过水槽密封盖12的螺栓孔、腐蚀水槽5顶部的螺栓孔、腐蚀水槽5底部的螺栓孔、构件4的螺栓孔后与螺母连接；所述构件4的反力横梁8上设置螺栓孔供第二螺栓7穿过。第一螺栓11为短螺栓或短螺杆。第二螺栓7为长螺栓或长螺杆。本实施例的腐蚀水槽5顶部设有外翻边，所述外翻边上设置螺栓孔。本实施例的腐蚀水槽5的底部外壁设置凸缘，凸缘上设置螺栓孔，凸缘的具体位置根据需要设置。
34.进一步地，储液箱3内设有设计浓度的腐蚀溶液，所述储液箱3内设有搅拌器13；储液箱3设计为恒温箱，保证储液箱3内的腐蚀溶液温度始终恒定。如在储液箱3内设置加热装置以及温度传感器，温度传感器与控制器1的输入端电连接，控制器1的输出端与加热装置电连接。
35.进一步地，腐蚀水槽5上下开口；腐蚀水槽5内壁喷设有防锈层；所述水槽密封盖12部分或全部呈透明状。
36.本实用新型的一种实施例的加压密封系统由长螺杆、短螺杆、反力横梁8、第一密封垫9、第二密封垫10组成，横向采用每边多个(如每边3个共计6个)短螺杆穿过所述螺栓孔与所述腐蚀水槽5顶部连接，纵向采用每边多个(如每边4个共计8个)长螺杆穿过所述螺栓孔分别连接所述水槽密封盖12、所述腐蚀水槽5顶部、水槽底部与所述反力横梁8。
37.本实用新型的一种实施例的构件4顶部设置凹槽，其尺寸应与腐蚀水槽5底部周长相等，中心线尺寸为660mm
×
200mm，该凹槽深度25mm、宽度10mm，内置所述第一密封垫9，第一密封垫9的厚度为10mm，所述腐蚀水槽5位于所述第一密封垫9之上，并嵌入所述构件4顶部凹槽内；所述腐蚀水槽5顶部设置凹槽，该凹槽深度为7mm、宽度10mm，内置所述第二密封垫10，中心线尺寸为700mm
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230mm，周长应略大于所述第一密封垫9，第二密封垫10的厚度为10mm，密封垫上覆所述水槽密封盖12。
38.本实用新型的一种实施例的腐蚀水槽5壁厚为10mm，为保证水槽承受高水压能力，
同时防止其本身锈蚀影响试验结果，作为优选，腐蚀水槽5应选用不锈钢材料。进一步，在试验前需在腐蚀水槽5内壁喷涂防锈漆，在试验后擦干水槽，再用油涂刷水槽整体一到两遍。
39.作为优选，所述第一密封垫、第二密封垫为o型橡胶垫，进一步，由于高水压试验对密封性要求较严格，因此密封垫应为一体制成，不允许存在连接缝。
40.作为优选，为了能在试验中实时观测腐蚀现象，所述水槽密封盖12采用透明有机玻璃即亚力克板制成。
41.所述长螺栓底部不宜过长，否则有可能影响所述构件4牛腿处压弯荷载的导入，同时在进行高水压加载过程中，每级荷载需检查螺栓是否松动。
42.此外，本实用新型为保证装置密闭性，除所述加压密封系统外，仍需在所述第一密封垫9与所述腐蚀水槽5底部间隙采用足量玻璃胶进行粘接。在所述缝隙处采用适量水溶性聚氨酯膨胀材料，材料遇水膨胀后填充接缝孔隙进一步提高装置的密闭性。
43.本发明通过压力传感器6与控制器1控制压力泵2与储液箱3，以控制腐蚀水槽5水压；并且本发明还通过腐蚀水槽5顶部设凹槽、构件4顶部设置凹槽与加压密封系统、水溶性聚氨酯膨胀材料等措施，以保证试验装置整体的密闭性，从而保证衬砌结构高水压加速腐蚀试验的有效进行。
44.本实用新型的衬砌结构高水压加速腐蚀试验装置使用时，可按如下步骤进行试验：
45.第一步，如图3所示，在构件4顶部凹槽内置第一密封垫9，腐蚀水槽5底部位于第一密封垫9之上，并嵌入构件4顶部凹槽内，此外，在第一密封垫9与腐蚀水槽5底部间隙采用足量玻璃胶进行粘接，同时在玻璃胶粘结处加入适量水溶性聚氨酯膨胀材料。
46.第二步，如图4所示，腐蚀水槽5顶部的凹槽内置第二密封垫10，上覆水槽密封盖12。然后将水槽密封盖12中部加压孔15通过液管与压力泵2出口连接，压力泵2入口通过液管与设计浓度腐蚀液储箱连接；压力传感器6的输出端与控制器1信号输入端连接，控制器1的信号输出端与压力泵2连接；
47.第三步，将6个短螺杆分别穿过水槽密封盖12和腐蚀水槽5顶部对应螺栓孔；将8个长螺杆穿过对应水槽密封盖12、腐蚀水槽5顶部、底部、反力横梁8对应的螺栓孔，施加所有螺栓预紧力。
48.第四步，通过控制器1打开压力泵2，将设计浓度腐蚀液储箱的溶液注入腐蚀水槽5。当压力传感器6达到预设水压时，控制器1控制压力泵2停止工作，进行高水压锈蚀试验。设计浓度腐蚀液储箱为恒温箱，内设搅拌器13，在压力泵2工作时同步进行搅拌，在试验过程中，保证腐蚀溶液温度始终恒定。
49.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。